Page 47 - 电力与能源2022年第三期

蔡龙晟: 适用于公里级高温超导电缆的电力工井设计 2 7
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缆从室温降温至超导运行温度时, 其缆芯的收缩 工井不同, 工井人孔、 检修孔建议布置于支架安装
率在 3.0‰~3.1‰ , 超导电缆所采用的绝热管的 的对侧。人员进出、 机具吊装过程中可避免对电
整体收缩率在 1.2‰~1.3‰ 。这些结果可视为 缆本体造成影响。直线工井内电缆布置俯视示意
电缆敷设的限制条件, 因而需要设置伸缩弧以吸 如图 1 所示。
收电缆热伸缩, 保证电缆的安全运行。
尽管理论上有必要针对电缆在不同敷设方式
条件下均采取冷缩应对措施, 但因排管内无法有
效开展应对作业。因此, 主要从工作井、 接头、 终
端处采取有效固定、 合理设置伸缩弧等方法以应

对电缆冷缩, 并一定程度减少由此产生的机械力,
图 1 直线工井内电缆布置俯视示意图( 单位: m )
避免终端等损坏。
考虑到超导电缆在降温过程中会伴随发生滑
电缆工井按用途可分为敷设工作井、 接头井。
移形变, 工井内的电缆在冷缩完成前建议不进行
工井内净尺寸的确定, 必须同时考虑电缆在工井
刚性固定, 待冷缩完成, 电缆轨迹稳定后再进行固
中立面弯曲和平面弯曲时所必需的尺寸。
定。除固定方式外, 也可考虑采用伸缩弧处电缆
工井 内 的 金 属 支 架 和 预 埋 铁 件 要 可 靠 接
固定的形式进行固定, 见图 2 。在该固定方式中,
地, 接地电阻应不大于 4Ω 。接地方式是在工井
水平导轨设置于支撑支架上方, 可滑动抱箍设置
外对角处或 4 只边角处埋设 2~4 根ϕ50 mm×
于水平导轨之上, 沿水平导轨方向移动。此时, 常
2m 钢管为接地极, 深度应大于 3.5 m 。在工井
温状态下超导电缆敷设状态如图 2 中下方曲线所
内壁以扁钢组成接地网, 与 接地极用电焊连接。
示, 抱箍固定于点状位置; 当降温后, 电缆逐渐缩
工井内预埋铁件和金属支架 也用电焊与接地扁
短至虚线状态, 抱箍固定于星状位置。该方式可
钢连接。
控制电缆弯曲曲线, 限制电缆收缩轨迹, 避免电缆
1.2 对超导电缆工井的改造
在收缩过程中出现局部弯折过度的情况。
由于超导电缆的正常工作温 度 为 液 氮 温 区
( 77K 左右), 因此当制冷设备启动运行后, 超导
电缆温度将由敷设安 装时的室温下降至液氮温
区, 此时超导电缆本体将受冷收缩, 且根据此次示
范工程的电缆试验及相应仿真计算结果可知, 电 图 2 伸缩弧处电缆固定方式
缆本体收缩率约为 2.6‰ 。为避免因冷缩应力造 1.3 对转角工井的改造
成超导电缆本体受损, 拟定在工井内设置蛇形弧 对于转角工井而言, 一般分为长边与短边, 长
幅来吸收超导电缆的冷缩, 从而保障电缆的安全 边长度较长, 满足输送机布置的需求, 而常规转角
运行。 工井的短边长度一般较短, 无法布置输送机。当
示范工程新建工井的宽度拟定为 3.0m 。在 电缆敷设于转角工井时, 为减少超导电缆敷设时
常规电缆工井的基础上适当增加宽度, 使工井内 所承受的牵引力以及侧压力, 在电缆途经的各座
电缆在满足超导电缆弯曲半径最小限值的要求条 工井内均建议布置履带式输送机。根据牵引力以
件下具备敷设水平蛇形的空间。经计算, 在电缆 及侧压力的计算原理, 顺电缆敷设输送方向, 履带
蛇形曲线敷设以及直线敷设的转换过程中, 工井 式输送机布置于转角前有利于减小电缆所承受的
可释放约0.6m 的电缆长度。以前述冷缩率进行 牵引力及侧压力。由于超导电缆外径大、 自重大,
折算, 相当于可吸收约200m 长电缆所造成的冷缩 但同时所能够承受的牵引力及侧压力相对较小,
长度。在此基础上, 当工井按平均百米的设计间距 因此根据牵引力、 侧压力来选择合理的敷设方向
考虑, 则可进一步保证降温冷缩过程中电缆的形变 较为重要。相应地, 敷设转角工井短边侧有必要

可通过工井内预设的水平蛇形弧幅进行吸收。 预留足够长的直线段, 用以预留电缆敷设时输送
为了满足工井内电缆的蛇敷需求, 建议针对 机的设置空间。
超导电缆工井的支架按照单侧布置考虑。与常规 根据示范工程中所使用的履带式输送机尺寸